合金元素在淬火配分钢中的应用研究进展

摘要

淬火配分钢作为第三代先进高强汽车钢候选材料之一,兼备低成本、高强度、高塑性等突出优点.与第一代、第二代先进高强钢相比,淬火配分钢更加符合现代汽车轻量化、绿色化与安全化的发展趋势,可用于制造保险杠、碰撞梁与A/B/C柱等强度高且成型复杂的冲压件.其中,合金元素是淬火配分钢的研发基础,近年来通过发挥钢材内合金元素的作用,遵循"多相"、"亚稳"、"多尺度"组织调控理念,使得淬火配分钢在综合性能方面取得了长足的进展.但由于淬火配分钢强度较高(800～1500 MPa),目前仅宝钢、鞍钢、唐钢等少数国内钢铁企业具备生产能力.受Mn?Si系TRIP钢以及高Si无碳空冷贝氏体钢研发的启示,Speer J G基于高碳/中碳含硅钢实验结果以及热力学与动力学模拟,较全面地揭示了淬火?配分的概念.其难点在于淬火温度及配分时间的选取,即在保证强度的前提下使C配分最大化,以获得最佳马氏体/奥氏体复相组织配比,由此吸引众多研究者对淬火与配分工艺参数进行不断的探索,并发现在配分过程中将不可避免地引起碳化物析出、奥氏体分解,无法实现理想情况下的C完全配分到奥氏体中,导致残余奥氏体含量仅10％左右,限制延伸率进一步增加.若持续增添C又会恶化焊接性能.为解决这一矛盾,国内外研究者相继提出利用C、Mn等合金元素协同配分稳定奥氏体的想法,其中合金元素配分行为及促进其配分的途径成为目前淬火配分钢中奥氏体稳定化的研究焦点.研究者们利用3D?APT或EPMA技术对不同合金元素在铁素体、奥氏体、渗碳体间的配分行为进行表征并取得了丰硕的成果.钢中主流合金元素C、Mn、Si/Al、Cu/Ni在各相间化学势梯度的驱动下进行扩散,其中C、Mn、Cu/Ni原子偏向奥氏体一侧扩散,起稳定奥氏体的作用,而Si/Al向铁素体中配分,抑制渗碳体析出.此外,大量实验也证实了两相区加热及变形可强化合金元素的配分行为.本文简单介绍了淬火配分工艺的特点,阐述了淬火配分钢的增塑机理;并分析了不同合金元素在淬火配分钢中的作用,重点论述了不同合金元素的配分行为;同时根据合金元素的配分特点,详细指出了两种促进合金元素配分的主要途径;最后对合金元素在淬火配分钢中应用的前景进行了展望,为淬火配分钢的产业化发展奠定基础.